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中国机械工程 2009年第20期20卷 2425-2427页

作者：吴志远田欣利林允森杨俊飞装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室北京100072

以磨削效率作为评价指标,通过实验建立了恒力磨削条件下砂轮全钝化周期的钝化曲线,并根据钝化速度和钝化方式将其分为三个阶段,即初期钝化阶段、稳定钝化阶段和急剧钝化阶段。其中初期钝化阶段钝化速度最慢,磨削效率最高。钝化曲线随时... 详细信息

以磨削效率作为评价指标,通过实验建立了恒力磨削条件下砂轮全钝化周期的钝化曲线,并根据钝化速度和钝化方式将其分为三个阶段,即初期钝化阶段、稳定钝化阶段和急剧钝化阶段。其中初期钝化阶段钝化速度最慢,磨削效率最高。钝化曲线随时间的变化是由内凹到外凸的过程,与它在这个阶段的砂轮磨损过程完全不同。此外,在稳定钝化阶段散点图的基础上,采用指数函数y=abx对钝化曲线进行拟合,并通过Origin的拟合结果得出回归方程,从而验证了推论的正确性。结合函数方程结果,探讨了采用钝化率k作为磨削液评价指标的方法。

关键词：砂轮钝化曲线恒力磨削磨削效率

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基于模糊变速的凸轮恒力磨削研究

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机械科学与技术 2010年第7期29卷 976-980页

作者：彭宝营韩秋实机械科学研究总院北京100044 北京信息科技大学机电工程学院北京100192

恒力磨削是非圆零件加工一直追求的目标。根据凸轮轮廓特征提取曲率半径、曲率半径变化率及现行C轴转速,采用模糊模型推理与五点三次平滑滤波相结合的方法获得新的C轴速度,通过C轴变速磨削来控制磨削力。进行了磨削力实验,将应用模糊变... 详细信息

恒力磨削是非圆零件加工一直追求的目标。根据凸轮轮廓特征提取曲率半径、曲率半径变化率及现行C轴转速,采用模糊模型推理与五点三次平滑滤波相结合的方法获得新的C轴速度,通过C轴变速磨削来控制磨削力。进行了磨削力实验,将应用模糊变速磨削的磨削力与采用恒角速磨削的磨削力相比较。结果表明:磨削力峰值明显减小,幅值更加平稳。

关键词：非圆磨削恒力磨削模糊控制速度优化

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工程陶瓷恒力磨削金刚石砂轮钝化规律研究

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现代制造工程 2011年第6期 97-99,137页

作者：吴志远闫峻时小军张纾装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室北京100072 装甲兵工程学院科研部北京100072

通过一系列试验建立了恒力磨削条件下砂轮全钝化周期的钝化曲线,并通过相应的数学手段对各个阶段的砂轮钝化特征和磨削能力进行分析。结果表明:初期钝化阶段的钝化曲线随时间的变化是由凹到凸的过程,与砂轮磨损过程有很大的区别。初期... 详细信息

通过一系列试验建立了恒力磨削条件下砂轮全钝化周期的钝化曲线,并通过相应的数学手段对各个阶段的砂轮钝化特征和磨削能力进行分析。结果表明:初期钝化阶段的钝化曲线随时间的变化是由凹到凸的过程,与砂轮磨损过程有很大的区别。初期钝化阶段砂轮钝化速度大大低于其他两个阶段,砂轮具有很强的磨削能力,这一特征的潜在应用价值非常高。正常磨损阶段砂轮的钝化与砂轮磨损规律一致,呈线性增大趋势。

关键词：金刚石砂轮钝化曲线恒力磨削磨削效率

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单磨块恒力磨削单晶硅片工艺研究

单磨块恒力磨削单晶硅片工艺研究

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作者：于月滨大连理工大学

学位级别：硕士

单晶硅作为一种性能优异的衬底材料在集成电路、光电、航空航天及国防科技等领域中被广泛应用。出于后续加工工工艺和器件性能需求,单晶硅衬底加工具有极高的表面几何精度和表面完整性要求。单晶硅片加工的重要工序是金刚石砂轮超精密... 详细信息

单晶硅作为一种性能优异的衬底材料在集成电路、光电、航空航天及国防科技等领域中被广泛应用。出于后续加工工工艺和器件性能需求,单晶硅衬底加工具有极高的表面几何精度和表面完整性要求。单晶硅片加工的重要工序是金刚石砂轮超精密磨削工艺,通过金刚石磨粒与单晶硅表面挤压、划擦、耕犁等作用实现材料去除。此过程中无疑会对单晶硅片表面造成划痕、崩碎等损伤,也会对亚表面造成微裂纹等损伤,而磨削压力与磨削速度等参数的变化,也将大大影响磨削表面/亚表面损伤形式。由于砂轮磨削过程中,高频微力测量困难且实验过程复杂,恒力控制下的金刚石砂轮磨削实验研究较少。本文针对单晶硅片高速磨削加工过程中,磨削速度速度、压力及砂轮粒度的变化影响材料表面与亚表面损伤特性的问题,设计了带有测力装置的单磨块高速划擦硅片实验台,通过多磨粒磨削过程代替单磨粒磨削过程放大了载荷值,便于测量和控制,并采用40gm粒径的金刚石树脂结合剂磨块在不同速度和压力下对单晶硅表面进行了高速划擦实验,研究了恒力控制磨削条件下磨削速度与磨削压力对磨削效率及表面/亚表面损伤的影响。论文主要研究内容及结论如下：(1)本文基于超精密研磨/抛光一体化机床的旋转平台台自行设计了带有柔性加载系统的单磨块恒力控制实验平台,平台能够实现横向与纵向进给,便于位置调整及砂轮修整。设置了加载旋钮,并采用NC3DT60三轴力传感器实现单磨块的恒力控制;(2)利用单磨块恒力磨削实验平台设计了磨削实验方案,在恒定压力下完成不同参数对材料去除效率影响实验,并采用LJ-V7060型高速轮廓测量仪进行磨削深度检测,结果显示：在恒定压力下,磨块的单次去除深度随磨削速度的增加呈现先增大后减小的趋势,而在相同磨削速度条件下,压力增大为2倍单次去除深度增加2.3～3.1倍,有效提高了去除效率;(3)通过截面抛光法进行硅片表面/亚表面损伤实验,采用光学显微镜进行不同参数磨削硅片表面/亚表面损伤观测对比,结果显示：在相同压力下,随着磨削速度增加亚表面损伤呈现减小趋势,而表面磨纹变得细而均匀,表面缺陷减少;在相同磨削速度条件下,随着压力增大表面/亚表面损伤得到明显改善：砂轮粒度的减小也将明显提高磨削表面的质量,降低亚表面损伤。

关键词：单晶硅恒力磨削磨削速度去除效率亚表面损伤

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砂带磨床恒力磨削控制系统研究

砂带磨床恒力磨削控制系统研究

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作者：王言法重庆大学

学位级别：硕士

随着石油、核电、工程机械等行业的迅猛发展，对诸如油田抽油机的抽油光杆、石油管道、核电高压高温合金管道、液压活塞杆等大型的管件类、轴类零件的加工精度和性能提出了更高的要求。外圆砂带磨削技术是一种高效、精密、经济的现代加... 详细信息

随着石油、核电、工程机械等行业的迅猛发展，对诸如油田抽油机的抽油光杆、石油管道、核电高压高温合金管道、液压活塞杆等大型的管件类、轴类零件的加工精度和性能提出了更高的要求。外圆砂带磨削技术是一种高效、精密、经济的现代加工方法，非常适合加工大型管件类、轴类零件。但是，作为工件的大型管件或棒料的表面形状并不是规则的圆，这导致砂带磨头无法实时地跟随工件表面形状的变化，磨削时会导致在工件突起处和在工件凹处磨削力差别大，这样磨削出来的工件表面质量差，其性能无法满足实际的使用要求。为了提高磨削加工质量，须控制砂带磨头使其能够实时地跟随工件型面的变化以保证磨削力恒定。因此，开展外圆砂带磨床磨削力自适应控制技术的研究具有重要的意义。本文以四头组合外圆砂带磨床为研究对象，针对磨削过程中存在的磨削不均匀问题，深入分析了国内外相关研究现状，开展了砂带磨床恒力磨削控制技术的研究。主要研究内容如下：①砂带磨头机构是四头组合砂带磨床最为关键的部分，目前大都采用气动控制系统对其进行控制来保证磨削力恒定。然而气动系统存在气体压缩性大、工作压力小等缺点，使磨削加工精度受到很大的影响。因此本文设计了电液比例控制系统来控制磨头机构。②结合砂带磨床磨头磨削机构和电液比例控制系统，研究并建立了系统各个环节的数学模型，经过简化推导出了系统的总模型。③对砂带磨床恒力磨削控制系统的控制算法进行了深入的分析和研究，根据控制系统的特点设计了模糊自适应PID控制器，并进行了仿真分析。④根据砂带磨床控制功能的要求，进行了控制系统的硬件选型;并且利用LabVIEW及其Fuzzy Logic Toolkit、LabSQL、PID工具包最终实现了砂带磨床恒力磨削监控系统的软件设计。⑤在液压实验室现有条件下进行了初步的实验研究，对论文设计的液压系统和监控软件的可行性进行了验证。

关键词：砂带磨床恒力磨削电液比例溢流阀模糊自适应PID LabVIEW

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基于浮动平台的机器人运动规划及恒力磨削方法研究

基于浮动平台的机器人运动规划及恒力磨削方法研究

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作者：吴圣和华南理工大学

学位级别：硕士

目前,大多数企业都采用手工磨削的方式加工小型五金件,为了提高磨削加工自动化水平和产品的一致性,机器人磨削加工技术逐渐引入到制造生产中。然而,现有的机器人磨削加工系统存在机器人刚度不足、位置控制精度低、且磨削加工中存在加工... 详细信息

目前,大多数企业都采用手工磨削的方式加工小型五金件,为了提高磨削加工自动化水平和产品的一致性,机器人磨削加工技术逐渐引入到制造生产中。然而,现有的机器人磨削加工系统存在机器人刚度不足、位置控制精度低、且磨削加工中存在加工工件原始误差、夹具定位误差等因素,造成较差的表面加工质量。此外,机器人磨削辅助行程运动路径主要以人工示教为主,人工示教费事费力,示教路径效率低下,且难以应对加工环境的变化。针对机器人磨削系统存在的这些问题,本文一方面针对曲面工件开展恒力控制磨削方法研究;另一方面针对机器人磨削辅助行程进行运动规划方法研究。以提高机器人磨削系统加工精度和整体加工效率,从而推动机器人磨削应用的发展。本文针对目前机器人磨削系统的特点进行分析,将机器人力控制和位置控制两部分分离,研制了一种基于浮动平台的机器人磨削系统,以提高机器人磨削系统的控制精度。建立了六自由度串联机器人的经典运动学模型,并对运动学正逆解进行了求解分析。为了提高求解效率和精度,并避免机器人磨削轨迹中存在的奇异点,建立了机器人IKFast运动学模型,分析了IKFast运动学正逆解求解算法,对机器人磨削轨迹中的奇异位置进行了逆解仿真验证,求解出机器人奇异位置正确的逆解,提高了机器人磨削轨迹设计的稳定性。针对机器人磨削系统加工效率的不足,对机器人磨削辅助行程运动规划方法进行了研究。阐述了基于采样的运动规划算法基本原理,为了提高规划算法效率,本文将对采样和碰撞检测两部分进行重点研究。基于AABB（axis-aligned bounding box）和OBB（oriented bounding box）两种包围盒建立了机器人碰撞检测模型,通过碰撞检测库FCL进行了仿真验证。为了提高RRT（Rapidly-exploring random tree）算法的搜索效率,通过限制障碍物附近节点的采样邻域,并针对节点扩展成功次数自适应调整其邻域大小,来减少不必要的碰撞检测次数,提出一种改进的RRT算法,并采用后处理算法修剪路径长度和平滑路径,通过二维环境仿真验证了上述算法的有效性。为了提高机器人磨削系统的控制效果,提高工件表面的加工精度,对恒力控制磨削方法展开了研究。对单个磨粒的加工原理进行了分析,建立了机器人末端工件和研磨盘受力数学模型,针对工业上应用广泛的PID控制参数固定适应能力差问题,设计了一种模糊逻辑自调整PID参数的控制方法,能对不同的误差和误差变化量进行分段控制。为了提高系统的抗干扰能力,对PID各部分做出改进,设计了扩张状态观测器,提出线性自抗扰控制方法,并证明了系统闭环稳定性,通过仿真对比实验验证了该方法具有良好的动态性能和稳态品质。为了验证运动规划方法和恒力控制策略的可行性和有效性,分别搭建了基于ROS的机器人磨削运动规划仿真和实验平台、基于浮动平台的机器人磨削实验平台。首先,进行大量机器人磨削运动规划仿真实验,分析数据验证本文提出的改进RRT算法对规划算法效率提高的有效性,通过实物实验验证后处理算法对机器人路径质量提高的有效性。然后,通过有无浮动平台实验验证本文浮动平台的机器人磨削系统的有效性,对各种恒力控制方法进行实验对比分析,验证线性自抗扰控制对提高磨削力控制的效果,以及对研磨工件的表面粗糙度的提高程度。因此,证明了本文浮动平台的机器人磨削系统对机器人磨削技术的促进作用。

关键词：机器人碰撞检测运动规划恒力磨削自抗扰控制

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